JP2018508040A - Adjustable magnetic buoyancy gravity compensator - Google Patents
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Abstract
磁気式重力補償装置は、ステータ(1)、ロータ(2)、ベース(4)および調整機構(6)を備える。ステータ(1)はベース(4)上に配置され、ロータ(2)はステータ(1)に対して浮上する。ステータ(1)は、調整機構(6)によってベース(4)に固定され、少なくとも2つのアーク磁石(111)からなる中央部円筒形磁石(11)を含む。調整機構(6)は、ベース(4)に固定された第1の端部と、少なくとも2つのアーク磁石(111)に確実に接続された第2の端部とを有する。調整機構(6)は、少なくとも2つのアーク磁石(111)を中央部円筒形磁石(11)の中心軸に対して半径方向に同期移動させ、これにより、ステータ1とロータ2との間の磁気浮上力を調整する。【選択図】図3The magnetic gravity compensator includes a stator (1), a rotor (2), a base (4), and an adjustment mechanism (6). The stator (1) is disposed on the base (4), and the rotor (2) floats with respect to the stator (1). The stator (1) is fixed to the base (4) by the adjusting mechanism (6) and includes a central cylindrical magnet (11) composed of at least two arc magnets (111). The adjustment mechanism (6) has a first end fixed to the base (4) and a second end securely connected to at least two arc magnets (111). The adjustment mechanism (6) causes the at least two arc magnets (111) to move synchronously in the radial direction with respect to the central axis of the central cylindrical magnet (11), whereby the magnetism between the stator 1 and the rotor 2 Adjust the levitation force. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、フォトリソグラフィーに用いられる磁気式重力補償装置に関し、特に、調整可能な磁気浮力式重力補償装置に関する。 The present invention relates to a magnetic gravity compensator used for photolithography, and more particularly to an adjustable magnetic buoyancy gravitational compensator.
フォトリソグラフィーツールは、主に集積回路(IC)および他のマイクロデバイスの製造に使用されるウエハ上にマスクパターンを露光するためのデバイスである。マスクパターンの露光中、マスクおよびウエハは、投影システムおよび投影光ビームに対して同時に移動される。 Photolithographic tools are devices for exposing mask patterns on wafers that are primarily used in the manufacture of integrated circuits (ICs) and other microdevices. During exposure of the mask pattern, the mask and wafer are moved simultaneously with respect to the projection system and the projection light beam.
大規模なICデバイスの集積化が進むにつれて、解像度が高く限界寸法が小さいフォトリソグラフィーツールが求められている。現在、フォトリソグラフィーツールは、内部と外部との世界の組み合わせにおいて進化してきた。このようなフォトリソグラフィーツールでは、ウエハステージ、マスクステージ、およびそれらの照明システムが、3つの独立した世界として減衰される。微動モジュールの場合、ウエハチャックまたはマスクチャックの効果的な減衰は、露光中に他のシステムからの影響を受けないようにするために必要である。重力補償装置は、このような状況で開発された新しい装置であり、アクティブまたはパッシブダンピング技術を用いてウエハまたはマスクチャックのレベリングおよびフォーカシングを行い、微動モジュールを独立した内部の世界として動作させる。 As integration of large-scale IC devices progresses, photolithography tools with high resolution and small critical dimensions are required. Currently, photolithographic tools have evolved in a combination of internal and external worlds. In such a photolithography tool, the wafer stage, mask stage, and their illumination system are attenuated as three independent worlds. In the case of a fine motion module, effective attenuation of the wafer chuck or mask chuck is necessary to be unaffected by other systems during exposure. The gravity compensator is a new device developed in such a situation, and performs leveling and focusing of a wafer or a mask chuck using an active or passive damping technique, and operates the fine movement module as an independent inner world.
図1には、板ばね1'、可動底板2'及び引っ張りバネ(図示せず)で構成された垂直静的重力補償モジュールを有する機械的な重力補償構造を採用した既存の磁気式重力補償装置が示されている。この構造は、RX/RYの自由度を調整することができ、微動ステージ4'に接続されることによって微動ステージ4'を減衰させる、接続ブロック3'をさらに有する。しかしながら、この解決策は微動ステージ4'を支持するために上記のような磁気式重力補償装置を3つ必要とするので、それらの重力負荷を等しく分割することは困難である。また、この解決策は、高い構造的複雑性、高い剛性要件、低い制御性および低い精度、といった欠点も有する。
FIG. 1 shows an existing magnetic gravity compensator using a mechanical gravity compensation structure having a vertical static gravity compensation module composed of a leaf spring 1 ', a movable bottom plate 2' and a tension spring (not shown). It is shown. This structure further includes a
これらの問題に対処するために、図2に示すように、磁気的に重力補償が可能なボイスコイルモータが提案されている。運動成分の重力を均衡させるため、モータによって、ステータ磁石群5'とロータ磁石群6'との間に静的な力が発生させる。さらに、強力なボイスコイルモータは、スラスト力(推力)の調整を達成するように重力補償の調整が可能である。しかし、この解決策は、ボイスコイルモータによってもたらされる補償において、多量の発熱および限定された調整範囲といったような多くの問題に関連する。
In order to cope with these problems, as shown in FIG. 2, a voice coil motor capable of magnetic gravity compensation has been proposed. In order to balance the gravity of the motion component, a static force is generated between the stator magnet group 5 ′ and the
上記の課題を解決するために、本発明は、多量の熱の発生を低減し、重力補償におけるより広い範囲での調整が可能な磁気式重力補償装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic gravity compensator that reduces the generation of a large amount of heat and is capable of adjusting in a wider range in gravity compensation.
この目的を達成するために、本発明は、ステータと、ロータと、ベースと、調整機構とを備える磁気式重力補償装置を提供する。ステータはベース上に配置され、ロータはステータに対して浮上する。ステータは、調整機構によってベースに固定され、少なくとも2つのアーク磁石からなる中央部円筒形磁石を含む。調整機構は、ベースに固定された第1の端部と、少なくとも2つのアーク磁石に確実に接続された第2の端部と、を有する。調整機構は、中央部円筒形磁石とロータとの間の磁気回路を変化させ、それによってステータとロータとの間の磁気浮上力を調整するために、少なくとも2つのアーク磁石を中央部円筒形磁石の中心軸に対して放射状に同期移動させるように構成される。 In order to achieve this object, the present invention provides a magnetic gravity compensator including a stator, a rotor, a base, and an adjustment mechanism. The stator is disposed on the base, and the rotor floats with respect to the stator. The stator is fixed to the base by an adjustment mechanism and includes a central cylindrical magnet composed of at least two arc magnets. The adjustment mechanism has a first end fixed to the base and a second end securely connected to at least two arc magnets. The adjustment mechanism changes the magnetic circuit between the central cylindrical magnet and the rotor, thereby adjusting the magnetic levitation force between the stator and the rotor to at least two arc magnets. It is comprised so that it may move synchronously radially with respect to the central axis.
さらに、ロータは、内側磁石リングおよび外側磁石リングを備え、ステータは、ボイスコイルモータのコイルをさらに備え、中央部円筒形磁石、内側磁石リング、ボイスコイルモータのコイルおよび外側磁石リングは、最も内側から最も外側に同心円状に配置されている。 Further, the rotor includes an inner magnet ring and an outer magnet ring, the stator further includes a coil of a voice coil motor, and the central cylindrical magnet, the inner magnet ring, the coil of the voice coil motor and the outer magnet ring are the innermost. Is arranged concentrically on the outermost side.
さらに、内側磁石リングおよび外側磁石リングは、ロータフレームによって固定されてもよい。 Furthermore, the inner magnet ring and the outer magnet ring may be fixed by a rotor frame.
さらに、ボイスコイルモータのコイルは、コイルフレームによってベースに固定されてもよい。 Furthermore, the coil of the voice coil motor may be fixed to the base by a coil frame.
さらに、調整機構は、駆動部(driver)と、駆動部に接続された少なくとも2つのフォロワーと、アジャスターとを備え、駆動部はベースに接続され、少なくとも2つのフォロワーは少なくとも2つのアーク磁石に固定接続され、アジャスターは少なくとも2つのフォロワーおよび少なくとも2つのアーク磁石の位置を調整するように駆動部を作動させるように構成される。 The adjustment mechanism further includes a driver, at least two followers connected to the drive, and an adjuster, the drive is connected to the base, and the at least two followers are fixed to at least two arc magnets. Connected and the adjuster is configured to actuate the drive to adjust the position of the at least two followers and the at least two arc magnets.
さらに、少なくとも2つのフォロワーの数を、少なくとも2つのアーク磁石の数に対応させてもよい。 Furthermore, the number of at least two followers may correspond to the number of at least two arc magnets.
さらに、駆動部は、少なくとも2つのフォロワーがねじ螺合されるスレッデッドディスクであってもよく、アジャスターは、アジャスターと共にスレッデッドディスクを回転させ、それにより、少なくとも2つのフォロワーおよび少なくとも2つのアーク磁石が中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期して移動するようにベース上に配置されている。 Furthermore, the drive unit may be a threaded disk in which at least two followers are screwed together, and the adjuster rotates the threaded disk together with the adjuster, whereby at least two followers and at least two arc magnets. Are arranged on the base so as to move in synchronization with the central axis of the central cylindrical magnet in the radial direction.
さらに、駆動部は、円錐台であってもよく、少なくとも2つのフォロワーは、円錐台に対応するくさび形ブロックであり、アジャスターは、アジャスターの回転により、円錐台が垂直に移動し、少なくとも2つのフォロワーと、少なくとも2つのアーク磁石とを中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期移動させるようにベース上に配置されている。 Further, the driving unit may be a truncated cone, and the at least two followers are wedge-shaped blocks corresponding to the truncated cone, and the adjuster is moved vertically by the rotation of the adjuster, so that at least two The follower and at least two arc magnets are arranged on the base so as to be synchronously moved in the radial direction with respect to the central axis of the central cylindrical magnet.
さらに、駆動部は、中心突起を有する円筒形ベースであってもよく、少なくとも2つのフォロワーは、可動ヒンジによって駆動部に接続されたスライドブロックであり、アジャスターは、調整ナットと、調整ナットと係合するスクリューロッドを備え、スクリューロッドは、円筒形ベースの内部に配置され、その端部が可動ヒンジとベースとにそれぞれ接続されている。 Further, the drive unit may be a cylindrical base having a central protrusion, and at least two followers are slide blocks connected to the drive unit by a movable hinge, and the adjuster is associated with the adjustment nut and the adjustment nut. A screw rod is provided, and the screw rod is disposed inside the cylindrical base, and ends thereof are connected to the movable hinge and the base, respectively.
さらに、中央部円筒形磁石は、6または8個のアーク磁石から構成されてもよい。 Further, the central cylindrical magnet may be composed of 6 or 8 arc magnets.
さらに、中央部円筒形磁石は、その中心軸に沿って磁化されてもよい。 Furthermore, the central cylindrical magnet may be magnetized along its central axis.
さらに、少なくとも2つのアーク磁石、内側磁石リングおよび外側磁石リングのそれぞれは、NdFeBから作られてもよい。 Further, each of the at least two arc magnets, the inner magnet ring and the outer magnet ring may be made from NdFeB.
本発明による調整可能な磁気式重力補償装置は、調整機構と、調整機構の駆動効果の下で同心円状に内側および外側に移動可能な多数のアーク磁石からなる中央部円筒形磁石とを組み込んでいる。このようにして、中央部円筒形磁石の内側半径および外側半径を変更することができ、よって中央部円筒形磁石とロータとの間の磁気回路を変更することができ、基本浮上力の調整が可能になり、これにより、磁気式重力補償装置によって、重力補償における一定範囲の機械的な調整がもたらされる。さらに、重力補償による受動的な(パッシブな)補償と、ボイスコイルモータによる能動的な(アクティブな)補償との組み合わせは、磁気式重力補償装置のより広い範囲の調整を可能にする。 An adjustable magnetic gravity compensator according to the present invention incorporates an adjustment mechanism and a central cylindrical magnet composed of a large number of arc magnets that can move inward and outward concentrically under the driving effect of the adjustment mechanism. Yes. In this way, the inner and outer radii of the central cylindrical magnet can be changed, thus changing the magnetic circuit between the central cylindrical magnet and the rotor, and adjusting the basic levitation force. This allows a range of mechanical adjustments in gravity compensation by the magnetic gravity compensator. Furthermore, the combination of passive compensation with gravity compensation and active compensation with a voice coil motor allows a wider range of adjustment of the magnetic gravity compensation device.
図1および図2において、1'は板ばねを示し、2'は可動底板、3'は接続ブロック、4'は微動ステージ、5'はステータ磁石群、6'はロータ磁石群である。また、図3〜図10において、1はステータ、11は中央部円筒形磁石、111はアーク磁石、12はボイスコイルモータのコイル、2はロータ、201は内側磁石リング、202は外側磁石リング、203はロータフレーム、4はベース、5はコイルフレーム、6は調整機構、601は駆動部、602はフォロワー、603はアジャスター、6031は調整ナット、6032はスクリューロッド、604は可動ヒンジである。 In FIGS. 1 and 2, 1 ′ represents a leaf spring, 2 ′ represents a movable bottom plate, 3 ′ represents a connection block, 4 ′ represents a fine movement stage, 5 ′ represents a stator magnet group, and 6 ′ represents a rotor magnet group. 3 to 10, 1 is a stator, 11 is a central cylindrical magnet, 111 is an arc magnet, 12 is a coil of a voice coil motor, 2 is a rotor, 201 is an inner magnet ring, 202 is an outer magnet ring, 203 is a rotor frame, 4 is a base, 5 is a coil frame, 6 is an adjustment mechanism, 601 is a drive unit, 602 is a follower, 603 is an adjuster, 6031 is an adjustment nut, 6032 is a screw rod, and 604 is a movable hinge.
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1
図3に示すように、本実施形態に係る調整可能な磁気式重力補償装置は、ステータ1と、ロータ2と、ベース4と、調整機構6とを備えている。ステータはベース4上に配置され、ロータ2はステータ1に対して磁気的に浮上する。ステータ1は、ボイスコイルモータのコイル12と中央部円筒形磁石11とを含む。コイル12は、コイル枠5によってベース4に固定されており、中央部円筒形磁石11は、中央部円筒形磁石11の軸に沿って着磁された少なくとも2つのアーク磁石111からなる。アーク磁石は、ロータ2と協働して、安定でより剛性の低い基本浮上力をもたらす。調整機構6は、底部のベース4に固定されており、アーク磁石111を同心円状に、すなわち、中央部円筒形磁石11の中心に対して半径方向に、内側および外側に移動することができるように、アーク磁石111の上部に固着されている。ロータ2は半径方向に磁化されている。調整機構6によって駆動されるアーク磁石111における、中央部円筒形磁石11を中心とする同心運動は、中央部円筒形磁石11の内径および外径の変化を可能にし、それゆえ、中央部円筒形磁石11とロータとの間の磁気回路を変化させる。これにより、基本浮上力は調整可能であり、磁気式重力補償装置における磁気重力補償のある範囲内での機械的調節を可能にする。浮上力によるパッシブな補償と、ボイスコイルモータによるアクティブな補償との組み合わせは、磁気式重力補償装置のより広い範囲の調整を可能にする。
As shown in FIG. 3, the adjustable magnetic gravity compensator according to the present embodiment includes a
好ましくは、ロータ2は、内側磁石リング201と外側磁石リング202とを含む。図4に示すように、中央部円筒形磁石11、内側磁石リング201、ボイスコイルモータのコイル12、外側磁石リング202は、最も内側から最も外側に同心円状に配置されている。アーク磁石111、内側磁石リング201、外側磁石リング202は全てNdFeB磁石である。内側磁石リング201及び外側磁石リング202は、逆U字状の断面を有するロータフレーム203によって固定されている。内側磁石リング201と外側磁石リング202はそれぞれ、中央部円筒形磁石11と協働して、安定でより剛性の低い基本浮上力をもたらす。同時に、内側磁石リング201と外側磁石リング202との間に安定した半径方向の磁界が発生する。磁場の影響下で、コイル12は、アクティブ減衰及び重力補償効果をもたらすローレンツ力を生成する。
Preferably, the
引き続き図3を参照すると、調整機構6は、駆動部601と、駆動部601に関連するいくつかのフォロワー602と、アジャスター603と、を含む。駆動部601は、底部においてベース4に接し、アーク磁石111に固定接続されたフォロワー602と接触している。アジャスター603は、駆動部601にフォロワー602及びアーク磁石111の位置を調整させる。フォロワー602の数は、アーク磁石111の数に対応する。アーク磁石111の同心内側及び外側への移動時における水平方向の寄生的な引っ張り剛性を低くする結果となる、良好な軸方向に磁化された円筒状の磁界を形成するためには、アーク磁石111の数は可能な限り多くする。図5aおよび図5bに示すように、6または8個のアーク磁石111を使用することができる。
Still referring to FIG. 3, the
図6に示すように、駆動部601は、スレッデッドディスク(threaded disc)で、フォロワー602とねじ螺合(threadedly engages)している。アジャスター603は、ベース4上に配置され、スレッデッドディスクに接続される。スレッデッドディスクはアジャスター603と共に回転し、フォロワー602およびアーク磁石111を同心円状に内側および外側に移動させる。具体的には、スレッデッドディスクはベース4内の伝達機構(図示せず)に接続され、アジャスター603はレンチやねじ回し工具などにより回転されてもよい。回転は、伝達機構によってスレッデッドディスクに伝達されてもよい。フォロワー602がスレッデッドディスクに螺合されているので、ネジディスクの回転によりフォロワー602とその上に設けられたアーク磁石111が同心円状に内側および外側に移動し、それによって、基本浮上力と同様に、中央部円筒形磁石11の内径および外径が変化する。
As shown in FIG. 6, the driving
アーク磁石111の同心である内側および外側の移動の間に、磁気式重力補償装置における、アーク磁石111、内側磁石リング201および外側磁石リング202の間の磁気回路が構造的に変化し、その磁力線の変化を図7aおよび図7bに示す。アーク磁石111が内側磁石リング201、外側磁石リング202に向かって移動するとき、すなわち中央部円筒形磁石11の内外半径が拡大するとき、中央部円筒形磁石11と内側磁石リング201と外側磁石リングの間の部分の磁気回路が短くなり、結果として軸方向の浮上力が高くなる。その逆も同様である。
During the inner and outer movements that are concentric with the
図8は、内側磁石リング201および外側磁石リング202に作用する基本浮上力と、内側磁石リング201および外側磁石リング202の軸方向移動量との関係を、アーク磁石111が同時に外側の方に2mmの距離の範囲内で移動するときの内側磁石リング201および外側磁石リング202の移動の範囲−2mm〜2mmで示している。図中、dr1、dr2、dr3、dr4は、アーク磁石111が移動する距離を示している。この図から分かるように、内側磁石リング201および外側磁石リング202に作用する基本浮上力は、内側磁石リング201および外側磁石リング202が軸方向に−2mm〜2mmの範囲内で移動するときに、アーク磁石111とは異なる移動距離で変化する。したがって、調整機構6の調節能力は、浮上力によるパッシブな磁気重力補償を可能にする。
FIG. 8 shows the relationship between the basic levitation force acting on the
実施の形態2
図9に示すように、本実施形態は、本実施形態に係る調整機構6において、駆動部601が円錐台であり、フォロワー602が円錐台に対応するくさび形のブロックである点が異なる。アジャスター603は、ベース4上に配置され、回転すると、円錐台が上下に移動し、フォロワー602およびアーク磁石111を内側の方および外側の方に同心円状に移動させる。切頭円錐とくさびとの間の密接な適合は、より高い調整精度を可能にする。
As shown in FIG. 9, the present embodiment is different from the
実施の形態3
本実施形態は、図10に示すように、本実施形態に係る調整機構6において、駆動部601が中心突起を有する円筒形ベースであり、フォロワー602がスライドブロックである点が実施形態1および2と異なる。それらは、可動ヒンジ604と連結されている。アジャスター603は、調整ナット6031と、調整ナット6031に螺合するスクリューロッド6032とを備えている。スクリューロッド6032は、円筒形ベースの内部に設けられ、上下に可動ヒンジ604とベース4にそれぞれ接続されている。調整ナット6031とスクリューロッド6032との間の係合は、より柔軟性の高い調節を可能にする。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, in the
本明細書において本発明の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の精神から逸脱することなくなされた全ての省略、置換、および変更が、その範囲内に含まれることが意図される。 Although embodiments of the present invention have been described herein, these embodiments are merely illustrative and are not intended to limit the scope of the present invention. All omissions, substitutions, and changes made without departing from the spirit of the invention are intended to be included within the scope thereof.
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